Содержание к диссертации
Введение
I.ВЛИЯНИЕ ВНЕШНИХ ВОЗДЕЙСТВИИ НА НЕОДНОРОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ (ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ) 12
ІЛ Действие электрического тока на структурно- однородный проводник 13
1.2 Спекание порошков и залечивание пор в металлах при механических и термических воздействиях 18
1.3 Спекание гранул и залечивание пор в металлах с помощью электрического тока 26
Р 1.4 Некоторые физические свойства перколяционных систем 30
1.5 Модели эволюции перколяционных систем при внешнем воздействии на систему 40
1.6 Заключение 45
2. СПЕКАНИЕ ПРЕССОВАННЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ОБРАЗЦОВ ПОД ДЕЙСТВИЕМ ИМПУЛЬСНОГО ТОКА 48
2.1 Введение 48
2.2 Основные экспериментальные результаты 50
2.3 Перколяционная модель электроимпульсного спекания 67
2.4 Заключение 82
3.ИССЛЕДОВАНИЕ КВАЗИКРИТИЧЕСКИХ ПЕРКОЛЯЦИОННЫХ СИСТЕМ 84
3.1 Постановка задачи 84
3.2 Композиционные материалы в квазикритическом состоянии . 91
3.3 Заключение 115
4.В03ДЕИСТВИЕ ИМПУЛЬСНОГО МАГНИТНОГО ДАВЛЕНИЯ НА СТРУКТУРУ ПОЛИКРИСТАЛЛИЧБСКОГО МЕТАЛЛА С НЕШГОШНОСТЯШ 117
4.1 Постановка задачи 117
4.2 Силовое действие импульсного магнитного поля на твердый проводник. Выбор режимов воздействия 121
4.3 Экспериментальные результаты 126
4.4 Основные выводы 138
ЗАКЛЮЧЕНИЕ .140
ЛИТЕРАТУРА
- Действие электрического тока на структурно- однородный проводник
- Перколяционная модель электроимпульсного спекания
- Композиционные материалы в квазикритическом состоянии
- Силовое действие импульсного магнитного поля на твердый проводник. Выбор режимов воздействия
Введение к работе
Исследования изменений, происходящих в металлическом образце в результате протекания по нему импульса тока большой плотности, начались в XVU! веке, с изобретением первых конденсаторов. Основным направлением этих исследований до последнего времени было изучение электрического взрыва однородных проводников (проволочек и фольг) - см. обзоры литературы в [1,2]. Явление электрического взрыва в широком диапазоне плотностей тока было подробно изучено проф. Б.П.Перегудом с сотрудниками в 60-80-х годах. В частности, были определены границы физических условий, при которых проводник разрушается за счет капиллярной, маі*нитогидродинамической СМГД), тепловой неустойчивостей его формы в поле сил различной природа, либо испаряется взрывным образом. Полученные экспериментальные результаты обобщались развитой теорией, позволившей классифицировать режимы электрического взрыва с помощью инкрементов неустойчивостей различного типа, в том числе в условиях скинирования тока [1,2].
В 70-80-х годах на основании результатов этих исследований был сформулирован ряд новых фундаментальных и прикладных задач: изучение механолюминесценции металлов, магнитоупругости сверхпроводников, новых методов гранулирования металлов и электроимпульсного спекания прессованных образцов (см.Ш). Со временем эти работы развились в самостоятельные физические направления.
Цикл работ по исследованию устойчивости и разрушения однородных проводников при протекании по ним тока большой плотности послужил отправной точкой настоящей работы [106].
В предлагаемой работе выясняются особенности воздействия импульсного тока на структуру и свойства проводящего материала, содержащего структурные неоднородности, с целью улучшения его свойств (механических, электрофизических). Упомянутая общая задача решается для трех различных типов объектов, и конкретные цели частных исследований различны. Это изучение электроимпульсного спекания в прессованном гранулированном материале; получение с использованием импульсного тока металлокерамических материалов с аномальными диэлектрическими свойствами; исследование залечивания пористости в металле импульсным током в условиях, когда магнитное давление больше или меньше величины, соответствующей пределу текучести металла.
В I главе сделан обзор экспериментальных и теоретических работ, в которых обсуждается эволюция некоторых типов неоднородностей в материалах и изменение свойств этих материалов под действием механической, термической обработки и электрического тока. Приводятся также некоторые результаты теории перколяции и теории эффективной среды, необходимые для постановки и интерпретации решаемых в диссертации задач, описаны экспериментальные работы, в которых изучаются электрофизические свойства перколяционных систем вблизи порога протекания. Обсуждаются перколяционные модели эволюции случайно-неоднородных систем под действием электрического тока. Глава 2 диссертации посвящена исследованию спекания (увеличения прочности и проводимости) прессованных образцов из металлических гранул. Приводятся экспериментальные результаты, позволяющие сделать количественные выводы об эффективности упрочнения и обосновать механизм элементарного процесса элэктроимпульсного спекания. Экспериментальные результаты сопоставляются с расчетами методами эффективной среды и машинного моделирования. Обсуждается возможность использования в этих расчетах модели твердофазного спекания одиночного контакта под действием термоупругих напряжений [41]. Б работе эта модель была обобщена и доработана, что позволило, во-первых, применить ее для описания динамики спекания в случайно-неоднородной среде и, во-вторых, провести количественное сопоставление расчетов с экспериментом.
В главе 3 изучается действие импульса тока на композит, состоящий из металлических и диэлектрических гранул. Б исходном состоянии концентрация металла больше порога протекания. Если с помощью тока большой плотности разрушить часть металлических контактов в композите, то материал в целом может перейти в диэлектрическое состояние. В этом случае можно ожидать, что система будет обладать некоторыми свойствами, характерными для перколяционной системы на пороге протекания; в частности, аномально большой эффективной диэлектрической проницаемостью. Эксперимент подтверждает такой вывод. Получены образцы с диэлектрической проницаемостью до IQr на сверхвысоких частотах. При этом, в соответствии с предсказаниями теории, диэлектрическая проницаемость образцов увеличивается с ростом размера системы (т.е. с уменьшением размера гранул). В этой главе обсуждается также зависимость необходимой амплитуды модаїицирущего импульса тока от размера гранул.
По-видимому, композиционные материалы с указанными свойствами на сегодняшний день не могут быть получены другими известными способами.
В диссертационную работу вошли также исследования залечивания пор в металле импульсным давлением (гл.4), для воздействия на дефекты использовалось магнитное давление, создаваемое в образце импульсами тока микросекундной длительности, и термоупругие напряжения, возникающие за счет неоднородного распределения тока вблизи препятствий (пор). Эффективность залечивания оценивалась путем измерения плотности образцов и исследования микрошлифов. Такая методика дает возможность по объективным параметрам сравнивать эффективность залечивания пористости при разных режимах воздействия, в том числе были выявлены и особенности результатов действия импульсного и гидростатического давления. Результаты обсуждаются в рамках дислокационного механизма залечивания пор под давлением. Высказывается предположение, что в эффект залечивания при импульсном сжатии образца магнитным полем может давать существенный вклад пластическая деформация путем двойникования.
Научная новизна результатов работы определяется решением поставленной задачи.
Исследованы эволюция свойств и причины и характер неустойчивостей в случайной системе проводящих нелинейных элементов под действом импульсного тока. Обоснована и использована модель, позволяющая описывать динамику изменения свойств рассматриваемой системы. Проведенные исследования позволили обосновать механизм и условия спекания образцов из спресованных металлических гранул.
Определены условия, при которых развитие неустойчивостей при протекании тока по металлической подсистеме металл-диэлектрической смеси ведет к образованию непроводящей квазикритической перколяциовной системы. Исследованы размерные эффекты, связанные с масштабной инвариантностью. Впервые получены композиционные материалы, обладающие аномально большой диэлектрической проницаемостью, величина которой зависит от размера гранул.
Выявлены механизмы изменения под действием импульса тока структуры металла, содержащего несплошности. Определены границы параметров импульса, соответствующих количественному уменьшению пористости и качественному изменению структуры поликристалла. Получена информация о различиях механизмов залечивания пор в условиях гидростатического сжатия и под действием микросекундных импульсов магнитного давления.
Результаты проведенных в работе исследований могут быть сформулированы в следующих положениях, которые выносятся на защиту.
I. Необратимые изменения в неупорядоченной системе под действием импульса тока и связанные с ними масштабные эффекты определяются особенностями нелинейных характеристик ее элементов.
2. Развитие в металлической подсистеме проводящего металл-диэлектрического композита неустойчивостей типа трещин определяется возможностью взрыва контакта и пробоя изолирующего промежутка и приводит к формированию ячеистой структуры композита. В результате материал приобретает аномальные диэлектрические свойства, в частности, его диэлектрическая проницаемость зависит от размера системы.
3.Электроимпульсное спекание гранулировнного металла связано с балансом двух элементарных процессов: локальной пластической деформации контактов соседних гранул и разрушения этш. контактов. Эффективность спекания ограничивается крупномасштабными неустойчивостями в системе - прорастанием трещин.
4. Залечивание пористости в металле при протекании по нему импульсного тока происходит под действием локальных термоупругих напряжений и магнитного давления. Совместное действие импульсного магнитного давления и сильного нагрева вызывает изменение структуры зерен поликристалла за счет двойникования.
Увеличивающееся число исследований, связанных с неоднородными материалами и действием на них токов высокой плотности, а также широкое использование этих материалов в технике, свидетельствует об актуальности изучения физической картины процессов, происходящих при таком воздействии, а также его (воздействия) последствий для структуры и свойств материалов. В то же время уровень понимания и степень изученности явлений, происходящих с отдельными элементами неоднородной структуры (спекание контакта гранул, залечивание изолированной поры и т.д.) при быстром импульсном выделении энергии (в виде механической работы и тепла) остается недостаточным. Это тем более относится к изучению кооперативных свойств систем, состоящих из множества таких элементов. С одной стороны это обусловлено сложностью конструирования образца с контролируемыми свойствами путем изменения свойств отдельных структурных элементов. Hie всегда тут может быть использовано простое усреднение. С другой стороны, в работах, в которых изучается действие тока на макроскопические свойства материалов, наблюдаемые изменения редко соотносятся с реальными процессами на уровне элементов структуры. Заметим, что ситуация в этой области физики напоминает ситуацию с исследовании механических свойств (например, разрушения), но еще больше в ней чувствуется недостаток экспериментальных и теоретических исследований, отработанных методик и подходов.
Настоящая работа является попыткой такого систематизирующего подхода. Ряд новых результатов получен благодаря использованию результатов и методов, найденных в соседствующих, но не пересекающихся областях исследований.
В работе исследуются случаи, когда проводимость (а также прочность, объем) элементов гетерогенной структуры изменяются под действием протекающего через них тока. При слабой нелинейности, то есть когда напряжение, локальная плотность тока, выделяющаяся энергия малы, характер неоднородности системы не изменяется. В случае сильной нелинейности можно ожидать, что в системе будут наблюдаться неустойчивости на масштабах, больших по сравнению с размером элемента. В этом случае материал может приобрести качественно новые свойства.
Выполненные исследования актуальны, так как они затрагивают мало изученные вопросы, связанные с физическими свойствами неоднородных систем. Актуальность исследования определяется также необходимостью поиска новых физических подходов к проблеме действия внешних полей на гетерогенные структуры.
Технологические применения полученных результатов возможны в области металлургии, методов увеличения долговечности материалов, в радиоматериаловедении.
Электроимпульсное спекание может быть использовано для увеличения прочности расходуемых электродов для ВДП титана. Возможны применения этого метода в порошковой металлургии, например, при формовании изделий.
В работе впервые получены материалы, имеющие диэлектрическую проницаемость до Ю3 в частотном диапазоне 0 - Ю10 Гц. Они могут найти применение в технике СВЧ.
Залечивание пор и микротрещин импульсным током и магнитным давлением является эффективным методом восстановления ресурса долговечности и увеличения прочности металлических изделий.
Действие электрического тока на структурно- однородный проводник
В случае, когда нагрев проводника вызывает существенное изменение проводимости, уравнения диффузии (1.4),(1.5) следует дополнить соотношением для проводимости[8]: где р - тепловой коэффициент, cv - теплоемкость материала, Т0,т - начальная и конечная температура. В общем случае задача о распределении тока в цилиндрическом образце может быть решена численно. При определенных условиях скинирувдий ток, разогревая поверхностный слой проводника, может выталкиваться от поверхности к оси. Образуется так называемая волна тока [9,10]. Частный случай волны тока - волна испарения, когда материал в слое, где протекает ток, переходит в газообразное состояние, соответственно проводимость в этом слое падает до нуля, и ток перемещается в более глубокие слои материала [8,11].
Взаимодействие тока с собственным магнитным полем создает в проводнике механические напряжения, которые в изотропном случае называются магнитным давлением. В полубесконечном проводящем пространстве с затухающим вглубь него стационарным магнитным полем магнитное давление равно [8]:
4 [н2 - H z)b Ci.il)
где z - координата, направленная перпендикулярно поверхности вглубь проводника. В цилиндрическом проводнике с однородно распределенным током, параллельным оси, величину магнитного давления можно вычислить, пользуясь соотношением:
где а- радиус цилиндра.
В общем случае механические напряжения в проводнике, помещенном в магнитное поле, описываются тензором напряжения Максвелла [7,8]:
uc = 0{HA h5 } (ІЛЗ
где i,k = 1,2,3; 6\k - дельта-символ Кронекера.
Разогрев материала и действие магнитного напряжения (давления) могут привести к разрушению проводника.
Волна испарения - один из вариантов разрушения цилиндрического проводника током, когда однородность вдоль оси проводника сохраняется. Неоднородное по оси разрушение может быть вызвано магнитогидродинамической (МГД) неустойивостыо формы проводника в магнитном поле протекающего по нему тока [1,12-153 или перегревши неустойчивостью [16,17].
Если к моменту разрушения проводник находится в жидком состоянии, то он, как правило, разрушается модой МГД неустойсивости m = о, соответствующей перетяжкам. Инкремент нарастания неустойсивости моды га = о можно оценить с помощью соотношения [183:
L = —1 5 т \. т т
А М Ы А
% о т % %
А 3 Ы.— А
(I.I4)
где ч;м=Цо0"а2 - характерное время диффузии магнитного поля, т -a/v - время распространения в проводнике радиуса а альфвеновской волны, обладающей групповой скоростью
7А=/ о н [7],т - плотность проводника, Н - магнитное поле на его поверхности. Если выделившейся в проводнике тепловой энергии недостаточно для его расплавления, то перетяжечная неустойчивость не развивается - этому препятсвует прочность твердого образца [18]. В этом случае проводник может быть разрушен изгибной или винтовой модами МГД неустойчивости (т 1) при выполнении условия [1,183:
М2 1 (I.I5)
где G - упругий модуль материала.
Если время развития МГД неустойчивости больше, чем время испарения проводника при данной плотности тока, то образец будет разрушен в результате испарения. По оценке авторов [14,19], подтвержденной экспериментом, такой режим электрического взрыва наступает при плотности тока jo I07-Id" А/см2, в зависимости от свойств металла.
Развитие МГД неустойчивости и испарения проводника в указанных режимах происходят с большой скоростью. Скорость разлета продуктов разрушения может достигать соответственно нескольких сотен метров в секунду и нескольких километров в секунду. Поэтому такое разрешение называют электрическим взрывом.
Некоторые подробности исследований электрического взрыва обсуждаются в связи с постановкой эксперимента в 3.2.
Перколяционная модель электроимпульсного спекания
Перколяционная модель электроимпульсного спекания Основные принципы описания процессов, протекающих под действием тока в исследуемой гетерогенной среде, изложены в работах [78,79]. В качестве модели электрода рассматривается кубическая решетка сопротивлений, через которую протекает постоянный ток.
Для решения задачи необходимо знание закона изменения проводимости связи в зависимости от протекающего через нее тока и времени. Такой закон можно получить, основываясь на дислокационном механизме спекания [20,41].
Локально неоднородное выделение джоулева тепла приводит к появлению температурного градиента и градиента механических напряжений в области контакта двух гранул. Когда величина механического напряжения вблизи контакта достигает предела текучести металла, в материале формируются и перемещаются в поле градиента напряжений дислокационные петли, унося вещество из контактной зоны. При этом площадь контакта увеличивается, проводимость возрастает. Процесс увеличения проводимости контактов происходит с запаздыванием от момента включения тока (на время разогрева) и носит пороговый характер, связанный с пределом текучести металла.
Модель I.
Если за время протекания импульса тока в области контакта успевает установиться стационарное распределение температуры, то согласно [20,41], радиус контактного круга пропорционален квадрату тока через контакт;
г0 фіг (2.5а)
где ф зависит от констант материала и начального значения
Численное моделирование и расчет методом эффективной среды проведены А.П.Виноградовым, А.В.Гольденштейном, А.К.Сарычевым радиуса контакта. Проводимость контакта можно оценить как проводимость шара радиуса г0: S v0 гДе s " площадь
о о поверхности сферы (Рис.2.11). Следовательно,
2 = м-і (2.56)
где 1« - ток, протекащий через контакт» [І - константа.
Нагрев области контакта током описывался безразмерным уравнением:
Т = (i /i E afii/rf) = (l /24-эйР/22) (2.6) где т - температура, отсчитываемая от средней температуры образца, которая мало меняется при прохождении импульса тока, эе - эффективный коэффициент температуропроводности; здесь гс=2.
Композиционные материалы в квазикритическом состоянии
Опыты проводились на образцах из модельных композиционных материалов, приготовленных методом плазменного напыления [2$] . В качестве компонентов исходной смеси использовались порошки алюминия и корунда дисперсностью 150 мкм, 100 мкм, 50 мкм, которые подавались в плазменный факел и в расплавленном виде наносились на диэлектрическую подложку.
В результате сплавления мевду собой соседних металлических гранул проводимость контактов близка по величине к проводимости металла. Это обстоятельство существенно. Проводимость контактов задает эффективное значение проводимости металлической фазы перколяционной системы и, следовательно границу дисперсии диэлектрической проницаемости [66] (см.Рис.3.2). Чем выше проводимость контактов, тем шире частотный диапазон» в котором при данном значении объемной концентрации металлических гранул Р величина e(f) имеет статическое значение. Заметим, что в использованных нами образцах проводимость контактов металлических гранул заведомо выше, чем в перколяционных системах, изготовленных путем перемешивания и прессования t6s,693. Вместе с тем метод плазменного напыления, так же как и другие способы, не дает возможности непосредственно получить критическую перколяционную систему по причинам, обсуждавшимся выше.
Для получения системы о квазикритическим поведением были
Образцы были изготовлены В.А.Гарановым. образцы с концентрацией проводящих частиц выше порога протекания (Р 17 об Л) при значении порога протекания р =14 %), которые обладали сквозной проводимостью (исходное удельное сопротивление р 1-2 10 а Ом см) и представляли пластины размером 0,05x10x12 см.
На Рис.3.3 приведена оптическая фотография участка микрошлифа керамики в сечении, перпендикулярном поверхности образца, на Рис.3.4 - изображения поверхности образца, полученные с помощью растрового электронного микроскопа и оптического микроскопа. Эти фотографии дают представление о структуре композита. Основную долю объема занимает диэлектрическая матрица, в которую вкраплены металлические включения. Диаметр включений в направлении, параллельном поверхности пластины, больше, чем в перпендикулярном, из-за расплющивания капель при напылении. Отдельные металлические включения, соединенные контактами в односвязные области, образуют кластеры. Бесконечный кластер пронизывает весь образец.
Для измерения диэлектрической проницаемости исходных образцов, характеризуемых большим значением тангенса угла диэлектрических потерь, использовался резонаторний метод, с помощью которого были получены значения f %2, Є"й 2-3-10 в СВЧ-диапазоне, для вектора электрического поля, лежащего в плоскости образца?
Силовое действие импульсного магнитного поля на твердый проводник. Выбор режимов воздействия
Наиболее простой и эффективный способ создания в образце цилиндрической формы импульсного магнитного давления состоит в том, чтобы пропустить через образец импульс электрического тока необходимой длительности и амплитуды (Рис.4.2). Импульс тока создает азимутальное магнитное поле Н, величина которого внутри образца определяется соотношением [83 где I - полный ток, протекающий в цилиндре радиуса т. Поле на поверхности проводника но можно вычислить, если подставить в (4.3) полный ток в образце іо и радиус образца г .
Если предположить, что весь ток протекает в поверхностном слое толщиной, равной толщине скин-слоя, то исходя из закона Еио-Савара, можно показать, что магнитное давление на расстоянии от поверхности, большем, чем толщина скин-слоя, равно: приведен на Рис4.3. Заметим, что это выражение дает правильные значения функции. р в двух предельных случаях, в которых известны точные формулы для магнитного давления на оси цилиндра с током: Ф=1 при = О С полное выталкивание поля из образца) и (р=2 при ).
Необходимым условием залечивания пор в объеме материала является превышение амплитудным значением магнитного давления (4.4) критического значения (4.2).
Вместе с тем, протекание через образец тока большой плотности и наличие сильного переменного магнитного поля (в наших опытах величина Но 107 А/м) могут привести к разрушению образца. При величине тока, превышающей некоторую критическую, твердый образец может быть разрушен за счет того, что он в поле
Но неустойчивость не приведет в разрушению, если время воздействия меньше характерного времени развития неустойчивости t (г0Жо)Ут4І [І8], где 7 - плотность образца. С другой стороны, в опытах соблюдалось условие квазистационарности давления t ro/v3B, где v3B - скорость звука в металле. Таким образом, длительность импульса выбиралась в диапазоне:
о
rft/V t Z-ifol (4.7)
другое ограничение на соотношение между амплитудой и длительностью импульса задается условием сохранения агрегатного состояния вещества. Условие сохранения проводника в твердом состоянии при протекании по нему тока можно записать в виде ограничения,накладываемого на величину интеграла тока.
Интегрирование уравнения теплопроводности с учетом зависимости проводимости от температуры дает [83:
о_ Гн
о ,_--Р0щ
Jiur F lnI+P (4.8)
где оо- электропроводность при начальной температуре, р -тепловой коэффициент, Со»0дЛ - теплосодержание при начальной температуре и при температуре плавления. Например, для алюминия «Гш=0,32 10 7А2 с м , для меди JJJJJ-0,39 1017 А2-с м .
В условиях скинирования тока максимальная температура достигается на поверхности образца. При превышении температуры плавления поверхность может быть разрушена МГД неустойчивостью (см. гл.1). На Рис.4.4 показана характерная осциллограмма импульса тока с затуханием (такие импульсы использовались в эксперименте) и результаты расчета распределения температуры в цилиндрическом образце в различные моменты времени (без учета нелинейной диффузии тока [9]. В расчете были использованы следующие параметры: амплитуда тока в первом полупериоде 100 кА, период тока 4,2 1СГ с, постоянная времени цепи 1,28-10 0, радиус проводника 0,75 мм, толнщна скин-слоя 0,285 мм, начальная температура 20С, проводимость при комнатной температуре І.Зб ІОг Ом см}" . Видно, что в данном случае к концу импульса тока материал вблизи, поверхности разогревается выше температуры плавления, а на оси останется практически при комнатной температуре. Заметим, однако, что нелинейная диффузия тока может существенно по&нмиаъ via рйойр дэлвниэ температуры.
Сжимающие напряжения, связанные с неоднородным выделением тепла при обтекании поры током, могут быть сравнимы с критическим давлением (4.2) и, так же как магнитное давление, приводить к уменьшению объема пор. Как показывают наши эксперименты, влияние термоупругих напряжений на залечивание пор сказывается в тех случаях, когда ток нагревает образец в среднем до температур, близких к температуре плавления. пороговой величины (4.2). Нашей задачей было зафиксировать эффект залечивания пористости импульсным магнитным давлением, а также выявить возможные особенности процесса, связанные с наличием поля и малостью длительности воздействия (смЛ97,98]).
Последнее особенно интересно, поскольку ранее опыты по залечиванию пористости внешним давлением при длительности импульса в микросекундном диапазоне не проводились. В [32] показано, что в диапазоне времен 10 до 10 с степень залечивания определяется в основном величиной приложенного давления и не зависит от времени воздействия. Авторы [21] считают, что сокращение времени действия давления при заданной величине давления и температуры должно неизбежно привести к снижению эффективности компактирования. Однако это, как показано ниже, не всегда верно.
Было проведено сравнение влияния на пористый металл статического и импульсного воздействия.
Статическое давление создавалось в камере высокого давления типа ідоіиндр-поршень [99]. Время действия давления варьировалось от 30 до 3 10 с. Для создания в металле импульсного магнитного давления через образец пропускали импульсы тока, представляющие затухающую синусоиду с периодом от 4,2 IO V до 1,4 10 0 с различными коэффициентами затухания. Принципиальная схема установки показана на Рис.4.2. Приведем для примера параметры одной из импульсных установок: емкость батареи С=1,25 мкФ, индуктивность цепи L=0,25 мкГ, период 1-4,2-10 0, коэффициент затухания q=7,9-ia c t максимальное зарядное напряжение 0=60 кВ, максимальная амплитуда тока ІМ=І20 кА. Характерный импульс тока показан на Рис.4.4а. Цилиндрические образцы диаметром 1,4 мм и длиной 1=42 мм приготовлялись путем выпаривания цинка из латуни (0u+36 Zn) в вакууме при Т=800С в течение 8 часов [323, Исходная степень пористости составляла около 12%, исходное удельное сопротивление (6-7,5) Ю Ом см.
Степень залечивания несшюшностей определялась по изменению плотности образцов в результате воздействия давлением. Плотность измерялась методом гидростатического взвешивания (с точностью Ю- ); одновременно контроль пористости осуществлялся с помощью оптической микроскопии Результаты измерений представлены на Рис.4.5. Показаны зависимости относительной величины дефекта плотности щ от приложенного давления . На вставке показан импульс тока, протекающий через образец.Кривая 2 - статическое давление, длительность воздействия импульсным магнитным давлением можно определить условно как время, в течение которого магнитное давление больше, чем 0,9 от максимального значения. Тогда для приведенных кривых 1,3 длительность воздействия составляла 0,44 мкс. Соответствующая длительность периода синусоиды 4,2 мкс. По оси абсцисс для кривых 1,3 отложено давление на оси образца в момент максимума тока, которое определялось по формулам (4.4Ы4.6), то есть с учетом сканирования тока. Для определения толщины скин-слоя (4.5) измерялось удельное исходное сопротивление каждого образца. Вычислялась также температура образца в момент максимального давления и в конце импульса тока
Измерение плотности и приготовление микрошлифов выполнила М.В.Разуваева.
1 WO
00 300 WO 500
Рис.4.Б Изменение относительной дйлатацйи медных образцов после воздействия гидростатическим давлением (2)и импульсным током (1,3). Для кривых 1,3 - величина магнитного давления на оси образца. (с помощью формулы (4.8)).
Сравним результаты, показанные на рисунке 4.5 кривысм 2 и 3. В диапазоне давлений от 0 до 3,5 кбар степень залечивания при импульсном магнитном воздействии выше, чем при статическом воздействии, в 1,2-2 раза, и зависит от величины . В обоих случаях существует критическая величина давления («I кбар), превышение которой необходимо для залечивания, Это соответствует представлениям о дислокационном механизме залечивания пор (см. формулу (4.2)).
